JP5683417B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、操向ハンドル（ステアリングホイール）等の操作部材による車両の操舵時に、操舵系（ステアリング系）にモータ（電動機）の動力を操舵アシスト力（操舵補助力）として伝え、運転者による操向ハンドル等の操作部材の操作負担を軽減する電動パワーステアリング装置に関し、一層詳細には、前記モータの弱め界磁制御を行う電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置のモータには、車両停止中に操向ハンドルを操舵する据え切り時のような高トルク低回転性能と、走行中にオーバーステアが発生したとき操向ハンドルを後輪の滑り出した方向に素早く操作（早切り操舵ともいう。）しカウンターステアを当てる時のような低トルク高回転性能と、が要求される。

上記の高トルク低回転性能と低トルク高回転性能を両立するため、電動パワーステアリング装置では、高トルク低回転型定格を備える比較的に小型で低コストのモータを搭載し、この高トルク低回転型定格のモータに弱め界磁制御を行うことにより、低トルク高回転性能を得るようにしている。

より具体的に説明すると、高トルク低回転定格を備えるモータに流れる電流に応じて、換言すれば、トルクに応じて、低トルク側ではモータの界磁を弱めて回転数を増加させることで低トルク高回転性能を確保し、高トルク側ではモータの界磁を弱めないで、高トルク低回転性能を確保することで、２つの性能を両立させている（特許文献１）。

特開２００７−１１６８４９号公報（［００１６］、図１４、［００３０］、［００３５］、［００４３］）

特許文献１の［００３０］には、「このようにわずかな回転数の変化でｄ軸電流指令値が急変する場合、電流制御部の応答性が十分でないと出力トルクの変動によってトルクリップルや振動が発生し、電動パワーステアリング装置の場合には、運転者に不快感を与えてしまう。出力トルクの変動を抑えるために、電流制御の応答性を高める手法もあるが、電流制御の応答性はマイコンの処理能力やノイズ耐性を考慮して決められるために限界があり、十分に出力トルクの変動を抑えることはできない。」との記載があり、運転者への不快感を与える例として、特許文献１の［００３５］には、操向ハンドルに振動や異常音が伝達される場合があると記載されている。

これらの課題を解決するために、特許文献１では、弱め界磁電流であるｄ軸電流の指令値の変化率を、変化率制限値以下に制御するようにしている（特許文献１の［００４２］、［００４３］）。

しかしながら、特許文献１に係る技術では、ｄ軸電流の指令値の変化率を、変化率制限値以下に抑制すること、換言すれば、ｄ軸電流の指令値の変化率を、変化率上限値以下に抑制しているので、このような制御であると、状況によっては、変化率上限値に到達するまでの立ち上がり時間に差が発生し、立ち上がり時間が変動して安定しない場合がある。立ち上がり時間が変動して安定しないと、弱め界磁電流の増減時の高周波成分の周波数が変化して、モータトルクに大きなインパルス的な変動が発生する場合があり、改良の余地がある。

この発明は、上述した技術及び課題に関連してなされたものであって弱め界磁電流指令値の急変による異音や振動の発生が許容範囲となる最適な弱め界磁電流指令値の変化率の制御、すなわち最適な弱め界磁電流指令値の時間微分値の的確な制御を可能とする電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

この発明に係る電動パワーステアリング装置は、運転者の操舵入力に応じて操舵アシスト用のモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置であって、以下の特徴［１］−［６］を有する。

［１］前記操舵入力の大きさを検出する操舵入力検出部と、前記操舵入力検出部からの信号に基づいて、前記モータのトルク電流指令値を設定するトルク電流設定部と、前記モータの界磁を弱めるための、基準値からの弱め界磁電流指令値を設定する弱め界磁電流設定部と、前記トルク電流設定部によって設定されたトルク電流指令値及び前記弱め界磁電流設定部によって設定された弱め界磁電流指令値に基づき前記モータを駆動制御するモータ駆動制御部と、を備え、前記弱め界磁電流設定部は、前記基準値から前記弱め界磁電流指令値に到達するまでの少なくとも一部区間での時間微分値を一定としたことを特徴とする。

この特徴［１］を有する発明によれば、弱め界磁電流指令値の急変による異音や振動の発生が許容範囲となる立ち上がり、立下り時間が設定でき、且つ常に条件に合致する最適な立ち上がり、立下り時間を取れるので、特許文献１のように、状況によって立ち上がり時間が遅くなったり早くなったりすることがない。例えば、無駄に立ち上がり時間が遅くなることがない。よって、弱め界磁電流指令値の急変による異音や振動の発生が許容範囲となる最適な弱め界磁電流指令値の変化率の制御、すなわち的確な弱め界磁電流指令値の時間微分値の制御ができる。

［２］上記の特徴［１］を有する発明において、前記弱め界磁電流設定部は、前記弱め界磁電流指令値の絶対値が増加する場合と減少する場合で、前記弱め界磁電流指令値の時間微分値に差を設けたことを特徴とする。

差を設けたので、例えば、スポーツ車、乗用車、商用車等の車種の違い、あるいは省エネ性等の用途の違いによって、弱め界磁電流の時間微分値の使い分けができる。

例えば、弱め界磁制御が不要な状況であるｄ軸電流指令値の絶対値が減少するときの時間微分値を、増加するときの時間微分値より大きくすることで、早急に弱め界磁電流を小さくすることができ、無駄に弱め界磁電流を流さないで済むこととなり、省エネ性に貢献する。

［３］上記の特徴［２］を有する発明において、前記弱め界磁電流設定部は、前記弱め界磁電流指令値の絶対値が増加する場合の時間微分値に対して、前記弱め界磁電流指令値の絶対値が減少する場合の時間微分値を小さく設定したことを特徴とする。

立ち上がりを早く制御でき、早急に目標の弱め界磁電流になるので、処理の遅れがない。且つ、早急に目標の弱め界磁電流にする必要がない立ち下がりでは、遅く制御でき、より異音や振動を低減できる。

［４］上記の特徴［１］−［３］のいずれかを有する発明において、前記弱め界磁電流設定部は、前記基準値から前記弱め界磁電流指令値に到達するまでの立ち上がりの全区間で前記時間微分値を第１の一定値にするとともに、前記弱め界磁電流指令値から前記基準値に戻るまでの立ち下がりの全区間で前記時間微分値を前記第１の一定値と同値又は第２の一定値にすることを特徴とする。

立ち上がり立ち下がりの全区間で一定とすることで時間微分値の制御が簡単になり、また、立ち上がり立ち下がりの各全区間でそれぞれ異なる一定値に制御することで、トルク変動による異音や振動を抑制することができ、電動パワーステアリングの軽快な操舵フィーリングを実現できる。

［５］上記の特徴［１］を有する発明において、前記弱め界磁電流設定部は、前記基準値から前記弱め界磁電流指令値に到達するまでの少なくとも一部区間で時間微分値を一定にする際、前記弱め界磁電流指令値の絶対値が前記基準値から増加する場合の時間微分値を徐々に増加させ前記一部区間で前記一定の時間微分値にしたことを特徴とする。

立ち上がりの開始時において、時間微分値の変化を滑らかにすることができるので、モータトルクに発生するインパルス的な変動の振幅を小さくできる。

［６］上記の特徴［１］を有する発明において、前記弱め界磁電流設定部は、前記弱め界磁電流指令値の絶対値の増加中に、前記弱め界磁電流指令値に到達するまでの少なくとも一部区間で時間微分値を一定とした後、前記時間微分値を徐々に減少させ前記弱め界磁電流指令値にしたことを特徴とする。

立ち上がりの終了時において、時間微分値の変化を滑らかにすることができるので、同様に、モータトルクに発生するインパルス的な変動の振幅を小さくできる。

なお、上記の特徴［５］及び［６］を同時に実施することもこの出願に係る発明に含まれる。また、上記の特徴［５］及び［６］を立ち下がりに適用することもこの発明に含まれる。

この発明によれば、弱め界磁電流指令値の急変による異音や振動の発生が許容範囲となる的確な弱め界磁電流指令値の時間微分値の設定制御ができる。

この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成図である。 図１例の電動パワーステアリング装置中、制御装置とモータ駆動制御装置を備えるモータ制御システムの構成図である。 ｄ軸電流設定部の機能ブロック図である。 ｑ軸指令電圧対応処理部に格納されるｑ軸指令電圧対応マップの説明図である。 ｑ軸実電流対応処理部に格納されるｑ軸実電流対応マップの説明図である。 モータ回転速度対応処理部に格納されるモータ回転速度対応マップの説明図である。 時間微分値設定部の機能ブロック図である。 比較例と実施例の弱め界磁電流波形の比較説明図である。 図９Ａは、比較例に係るトルク変動を示す波形図である。図９Ｂは、実施例に係るトルク変動を示す波形図である。 弱め界磁電流指令値の立ち上がり及び立ち下がりにおける時間微分値の設定の説明に供されるモータ出力特性図である。 図１１Ａは、立ち上がりの全区間で時間微分値が一定の場合の弱め界磁電流指令値を示す波形図、図１１Ｂは、立ち上がりの開始部の時間微分値を滑らかに増加させた状態を示す波形図、図１１Ｃは、立ち上がりの終了部の時間微分値を滑らかに減少させた状態を示す波形図、図１１Ｄは、立ち上がりの開始部で時間微分値を滑らかに増加させ、立ち上がりの終了部で時間微分値を滑らかに減少させた状態を示す波形図である。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０の構成図である。

車両（不図示）に搭載された電動パワーステアリング装置１０は、操向ハンドル１２に連結されたステアリング軸１４に対して、運転者が与える操舵トルクを補助するトルク（補助トルク）を与えるように構成される。

ステアリング軸１４の上端は操向ハンドル１２に連結され、下端にはピニオン１６が取り付けられている。ピニオン１６に噛み合うラック１８を設けたラック軸２０が配置されている。ピニオン１６とラック１８によってラック・ピニオン機構２２が形成される。ラック軸２０の両端にはタイロッド２４が設けられ、各タイロッド２４の外側端には前輪（転舵輪）２６が取り付けられている。

ステアリング軸１４に対して、減速機構である動力伝達機構２８を介してモータ（ブラシレスモータ）３０が設けられている。モータ３０は、操舵トルクを補助するための回転力を出力する。この回転力は、上記補助トルクとして、動力伝達機構２８を経由して増力されステアリング軸１４に与えられる。

ステアリング軸１４には、また、操舵トルクセンサ３２が設けられている。操舵トルクセンサ３２は、運転者が操向ハンドル１２を操作することによって生じる操舵トルクをステアリング軸１４に加えたとき、ステアリング軸１４に加わる当該操舵トルクの大きさと方向を検出し、検出した操舵トルクの大きさに応じた電気信号である操舵トルクＴｑと方向を出力する。操舵トルクセンサ３２は例えばトーションバーを利用して構成されている。

ステアリング軸１４には、さらに、ステアリング軸１４の回転による操舵角すなわち舵角を操舵方向を含めて検出し、検出した舵角に応じた電気信号である舵角θｓを出力する舵角センサ３４が設けられている。

電動パワーステアリング装置１０の搭載車両には、当該車両の走行速度に対応した電気信号である車速Ｖｓを検出して出力する車速センサ３６が設けられている。

さらにまた、電動パワーステアリング装置１０は、制御装置４０を含むモータ駆動制御装置４２を備える。制御装置４０を含むモータ駆動制御装置４２に対して、上述した操舵トルクセンサ３２、舵角センサ３４、車速センサ３６、モータ３０、及び回転角センサ３８等が電気的に接続されている。

図２は、図１に示した、電動パワーステアリング装置１０のモータ３０を駆動制御する、制御装置（モータ制御装置）４０を含むモータ駆動制御装置４２を備えるモータ制御システム５０の構成図である。

制御装置４０は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、前記ＥＣＵは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、並びにＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェース、タイマ等を備えるマイクロコンピュータを含み、該マイクロコンピュータの前記ＣＰＵが各種入力に基づき前記ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することで各種機能部（各種機能手段）として動作する。

モータ３０は、ｄｑ軸電流成分に基づくベクトル制御により、モータ駆動制御装置４２によって駆動制御される。

モータ３０には、モータ３０のロータの回転角を検出し、電気信号であるロータ回転角、すなわち所定の基準回転位置からのロータの磁極の回転角度に係る状態量を検出して出力するレゾルバ等の回転角センサ３８が設けられている。

制御装置４０内のＲＤ（レゾルバ・デジタル）コンバータ４６により回転角センサ３８の出力からモータ３０のロータ回転角θｍ及びモータ３０の回転速度（モータ回転速度、モータ回転数、又は回転数ともいう。）Ｎｍがデジタル信号として出力される。

モータ駆動制御装置４２は、操舵トルクセンサ３２からの操舵トルクＴｑ、舵角センサ３４からの舵角θｓ、車速センサ３６からの車速Ｖｓ及び回転角センサ３８からのモータ回転角（ＲＤコンバータ４６からのロータ回転角θｍ）等に基づき、モータ３０を回転駆動するモータ電流Ｉｍ｛Ｕ、Ｖ、Ｗの３相の相電流（Ｕ相電流）Ｉｕ、相電流（Ｖ相電流）Ｉｖ、相電流（Ｗ相電流）Ｉｗ｝をモータ３０に対して出力する。

この場合、電動パワーステアリング装置１０は、制御装置４０を構成するＰＷＭ変換部５２からのＵ、Ｖ、Ｗ各相のＰＷＭ信号に基づいて、バッテリ６０から供給される電力を、例えばＦＥＴフルブリッジ構成のインバータ５４によって電力変換（直流→三相交流変換）することによりモータ３０を駆動し、モータ３０の各巻線に正弦波の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを通電してベクトル制御を行うことで、補助トルクを発生させる。上述したように、モータ３０の補助トルクは、運転者の操向ハンドル１２の操作をアシストする。

モータ３０に実際に流れるモータ電流Ｉｍ（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を構成する３つの相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ中、相電流Ｉｕ及び相電流Ｉｖの大きさと流れる方向とがモータ電流センサ５６によりそれぞれ検出され、電気信号としてのＵ相電流ＩｕとＶ相電流Ｉｖとされ、ｄｑ変換部５８にフィードバック出力される。残りの相電流Ｉｗは、演算部５９によりＩｗ＝−（Ｉｕ＋Ｉｖ）として計算され、ｄｑ変換部５８にフィードバック出力される。

ｄｑ変換部５８は、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをデジタル信号とした後、ｄｑ変換を行う。

ベクトル制御におけるｄｑ座標とは、例えば２極のロータを有するモータ３０において、永久磁石による界磁極の磁束方向をｄ軸（界磁軸）とし、このｄ軸と直交する方向をｑ軸（トルク軸）とする回転直交座標であり、モータ３０のロータと共に同期して回転する。

制御装置４０が、ｑ軸を基準とした電流位相を与えることにより、インバータ５４からモータ３０の各相に供給される交流信号に対する電流指令として、直流的な信号であるｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを与えるようになっている。

制御装置４０は、２相回転磁界座標系（ｄｑ座標系）で記述されるベクトル制御によって、指令トルクＴｑｃｏｍに応じたモータ３０の制御を行う。すなわち、操向ハンドル１２に加わる操舵トルクＴｑを操舵トルクセンサ３２により検出し、検出した操舵トルクＴｑに応じたアシストトルクが得られるようにモータ３０をベクトル制御することにより、手動操舵のアシストを行う。

基本的には、以上のように構成され動作する制御装置４０及びモータ駆動制御装置４２の基本動作についてさらに詳細な構成を説明しながら、電動パワーステアリング装置１０との関係において以下に説明する。

制御装置４０は、先ず、指令トルク算出部６７において、操舵トルクセンサ３２が検出して出力する操舵トルクＴｑ、舵角センサ３４が検出して出力する操舵角θｓから算出した操舵角速度ｄθｓ／ｄｔ、及び車速センサ３６が検出して出力する車速Ｖｓ等に基づき、指令トルクＴｑｃｏｍを求める。この指令トルクＴｑｃｏｍから、目標電流設定部６８において、モータ電流Ｉｍの目標電流Ｉｔが設定され、ｑ軸目標電流設定部７０に出力される。

ｑ軸目標電流設定部７０は、目標電流Ｉｔに基づいて、トルク電流指令値であるｑ軸電流指令値ｉｑｃｏｍを設定する。一方、ｄ軸目標電流設定部７２は、弱め界磁電流指令値であるｄ軸電流指令値ｉｄｃｏｍを基準値（ここでは、０値）に設定する。

一方、電流センサ５６によって検出された、モータ３０の三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗがロータ回転角θｍに基づきｄｑ変換部５８によりｄ軸電流とｑ軸電流に変換され、ｄ軸実電流値ｉｄｒ及びｑ軸実電流値ｉｑｒが求められる。

減算部８４は、ｑ軸電流指令値ｉｑｃｏｍとフィードバックされたｑ軸実電流値ｉｑｒとの偏差Δｉｑを算出する。

加算部８６は、ｄ軸電流指令値ｉｄｃｏｍ（＝０）に対して後述する時間微分値設定部６２によりｄ軸電流設定部６１で設定され出力されたｄ軸電流Ｉｄ（＜０）の立ち上がり及び（又は）立ち下がりの時間微分値ｄＩｄ／ｄｔ（ｄ／ｄｔは微分演算子）を設定処理したｄ軸電流Ｉｄ^＊（＜０）を加算してｄ軸電流目標値ｉｄｔ（＜０）を算出する。なお、ｄ軸電流設定部６１で設定され出力されたｄ軸電流Ｉｄ（＜０）の立ち上がり及び立ち下がりの時間微分値ｄＩｄ／ｄｔは、非常に大きな値となりうる。すなわち、ｄ軸電流設定部６１では、ステップ関数的なｄ軸電流Ｉｄ（＜０）の波形が設定される。

減算部８８は、ｄ軸電流目標値ｉｄｔとフィードバックされたｄ軸実電流値ｉｄｒとの偏差Δｉｄを算出する。

ＰＩ演算部８０、８２は、ｄ軸電流偏差Δｉｄ及びｑ軸電流偏差Δｉｑに対してＰ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ：比例）制御処理及びＩ（Ｉｎｔｅｇｒａｌ：積分）制御処理を実行し、ｄ軸電流偏差Δｉｄ及びｑ軸電流偏差Δｉｑをそれぞれ０に近づけようとするｄ軸指令電圧Ｖｄｃｏｍ及びｑ軸指令電圧Ｖｑｃｏｍを算出し、ｄｑ逆変換部９０に出力する。

ｄｑ逆変換部９０は、ｄｑ座標上でのｄ軸指令電圧Ｖｄｃｏｍ及びｑ軸指令電圧Ｖｑｃｏｍに対してロータ回転角θｍを用いてｄｑ逆変換を行い、静止座標である３相交流座標上でのＵ相交流指令電圧Ｖｕ、Ｖ相交流指令電圧Ｖｖ及びＷ相交流指令電圧Ｖｗに変換する。

ＰＷＭ変換部５２は、各指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを、インバータ５４の各スイッチング素子をパルス幅変調（ＰＷＭ）によりオン・オフ駆動させる各パルスからなるスイッチング指令（つまり、パルス幅変調信号）へと変換する。なお、各パルスのデューティは予めＰＷＭ変換部５２に記憶されている。

各パルス幅変調信号によりインバータ５４が駆動され、対応する相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗがモータ３０の固定子の各巻線に供給されることで、回転磁界が発生され、モータ３０のロータ（回転子）が回転する。

ｄ軸電流設定部６１により設定される弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄ（負の値）は、図３の機能ブロック図に示すように生成される。

図３に示すように、ｄ軸電流設定部６１は、ＰＩ演算部８２の出力であるｑ軸指令電圧Ｖｑｃｏｍが入力されるｑ軸指令電圧対応処理部１１２と、ｄｑ変換部５８からのｑ軸実電流値ｉｑｒ（＝Ｉｑと置く。）が入力されるｑ軸実電流対応処理部１１４と、ＲＤコンバータ４６の出力であるモータ３０の回転数Ｎｍが入力されるモータ回転速度対応処理部１１６と、相乗積演算部１１８とから構成される。

ｑ軸指令電圧対応処理部１１２は、図４に示すｑ軸指令電圧対応マップ（特性）１２４を格納し、ｑ軸実電流対応処理部１１４は、図５に示すｑ軸実電流対応マップ（特性）１２２を格納し、モータ回転速度対応処理部１１６は、図６に示すモータ回転速度対応マップ（特性）１２６を格納する。

ｑ軸指令電圧対応処理部１１２は、ｑ軸指令電圧Ｖｑｃｏｍをアドレスとしてｑ軸指令電圧対応マップ１２４を検索することにより、補正電流要素（ｄ軸電流要素）である出力Ｃ１を求める。ｑ軸指令電圧対応マップ１２４では、ｑ軸指令電圧Ｖｑｃｏｍが小さい領域、すなわちｑ軸電流偏差Δｉｑが小さい領域部分では、出力Ｃ１が０に設定され、ｑ軸指令電圧Ｖｑｃｏｍが大きい領域、すなわちｑ軸電流偏差Δｉｑが大きい領域では、出力Ｃ１がほぼ一定の値となるように設定される。

この処理により、ｑ軸指令電圧Ｖｑｃｏｍが大きい領域、すなわちｑ軸電流偏差Δｉｑが大きい領域でのみ、弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄが流れてモータ３０の界磁が減少し、モータ３０の回転数Ｎｍが増加する。その結果、走行中にゆっくり且つ小さく操向ハンドル１２を操作した場合等では、弱め界磁電流が流れることが防止され、モータ３０の電力消費が抑制される。

ｑ軸実電流対応処理部１１４は、ｑ軸実電流値ｉｑｒをアドレスとしてｑ軸実電流対応マップ１２２を検索することにより補正電流要素（ｄ軸電流要素）である出力Ｃ２を求める。ｑ軸実電流対応マップ１２２では、ｑ軸実電流値ｉｑｒが小さい領域では出力Ｃ２がほぼ一定の値に設定され、ｑ軸実電流値ｉｑｒが大きい領域では出力Ｃ２が０に設定される。この処理により、ｑ軸実電流値ｉｑｒが小さい領域でのみ、弱め界磁電流であるｄ軸補正電流ｉｄｃが流れてモータ３０の界磁が減少し、モータ３０の回転数Ｎｍが増加する。その結果、モータ回転数Ｎｍが高く、インバータ５４の電圧飽和に至った状態でさらに早くステアリング操作をしようとする場合等に、操向ハンドル１２の操作が急に重たくなる現象が防止される。

モータ回転速度対応処理部１１６は、モータ回転数（モータ回転速度）Ｎｍをアドレスとしてモータ回転速度対応マップ１２６を検索することにより補正電流要素（ｄ軸電流要素）である出力Ｃ３を求める。モータ回転速度対応マップ１２６では、モータ回転数Ｎｍが小さい領域では出力Ｃ３が０に設定され、モータ回転数Ｎｍが大きい領域では出力Ｃ３が一定の値に設定される。この処理により、操向ハンドル１２をゆっくり操作した場合に、モータ３０に弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄが流れることを防止でき、無駄な電流の消費、すなわち無駄な発熱を防止することができる。

ｑ軸指令電圧対応処理部１１２の出力Ｃ１、ｑ軸実電流対応処理部１１４の出力Ｃ２、及びモータ回転速度対応処理部１１６の出力Ｃ３は、相乗積演算部１１８で乗算され、この相乗積Ｃ１×Ｃ２×Ｃ３に比例するｄ軸電流（ｄ軸基準電流ともいう。）Ｉｄが算出される。これにより、ｄ軸電流補正を行う各要素（ｑ軸指令電圧対応処理部１１２、ｑ軸実電流対応処理部１１４、及びモータ回転速度対応処理部１１６）がそれぞれ独立に作用し、ｑ軸指令電圧Ｖｑｃｏｍが大きい場合、ｑ軸実電流値ｉｑｒが小さい場合、及びモータ回転数Ｎｍが小さい場合に、ｄ軸電流Ｉｄが流れて弱め界磁制御が行われる。

次に、この発明の要部に係わる時間微分値設定部６２の構成及び動作について説明する。この場合、時間微分値設定部６２は、上述のｄ軸電流設定部６１の出力であるｄ軸電流Ｉｄの立ち上がり及び（又は）立ち下がりの時間微分値を設定し設定後のｄ軸電流Ｉｄ^＊を出力する。

なお、時間微分値設定部６２における構成及び動作の説明に際し、理解の便宜のために、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値の増加方向（負の値が大きくなる方向）を正（立ち上がり）、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値の減少方向（負の値が小さくなる方向）を負（立ち下がり）として説明する。

また、理解の便宜のために、時間微分値設定部６２から出力されるｄ軸電流Ｉｄ^＊を、弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊ともいう。その理由は、ｄ軸目標電流設定部７２で設定されるｄ軸電流指令値ｉｄｃｏｍをｉｄｃｏｍ＝０値としているので、実質的に、時間微分値設定部６２から出力されるｄ軸電流Ｉｄ^＊が弱め界磁電流の指令値となり、この弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊により加算部８６でｄ軸電流目標値ｉｄｔが決定されるからである。その意味で、時間微分値設定部６２は、モータ３０の界磁を弱めるための弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊を設定する弱め界磁電流設定部として機能する（時間微分値設定部６２＝弱め界磁電流設定部）。

図７は、時間微分値設定部６２の一例のブロック構成図を示している。図７に示すように、時間微分値設定部６２は、減算器２０２と、偏差時間微分値変換部２０４と、加算器２０６と、微少時間（クロック時間）ｄｔの遅延器（Ｚ^−１）２１０とから構成される。

減算器２０２の被減数入力端子には、ｄ軸電流設定部６１から時間微分値設定前のｄ軸電流Ｉｄ（弱め界磁電流Ｉｄともいう。）が供給され、減数入力端子には、時間微分値設定後の前回（微少時間ｄｔ前）の、換言すれば１クロック前の弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊（Ｉｄ^＊（ｔ−１）という。）が供給される。

よって、減算器２０２の出力端子には、次の（１）式に示す差が、偏差ｄ（Ｉｄ）として出力され、偏差時間微分値変換部２０４に供給される。
ｄ（Ｉｄ）＝Ｉｄ（ｔ）−Ｉｄ^＊（ｔ−１） …（１）

偏差時間微分値変換部２０４は、自己が格納する図７中の偏差時間微分値変換部２０４中の特性（マップ）２１２（微少増分付与マップ又は微少増分付与特性ともいう。）を参照し、前回と今回の微少時間（クロック時間）ｄｔ間の偏差ｄ（Ｉｄ）が正｛ｄ（Ｉｄ）＞０｝の場合には、微少増分ｄ（Ｉｄ）^＊としてｄ（Ｉｄ）^＊＝Ｄ１を加算器２０６の一方の入力端子に出力し、微少時間ｄｔ間の偏差ｄ（Ｉｄ）が負｛ｄ（Ｉｄ）＜０｝の場合には、微少増分ｄ（Ｉｄ）^＊としてｄ（Ｉｄ）^＊＝−Ｄ２（負の値であるので実際には、微少減少分）を加算器２０６の一方の入力端子に出力する。偏差ｄ（Ｉｄ）がｄ（Ｉｄ）＝０の場合にはｄ（Ｉｄ）^＊＝０を加算器２０６の一方の入力端子に出力する。

加算器２０６の他方の入力端子には、遅延演算子Ｚ^−１の遅延器２１０において、微少時間（１クロック時間）ｄｔが遅延された前回の弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊（ｔ−１）が供給されるので、加算器２０６の出力端子、すなわち、時間微分値設定部６２の出力端子には、次の（２）式に示す時間微分値設定後の弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊（ｔ）が出力される。

Ｉｄ^＊（ｔ）＝Ｉｄ^＊（ｔ−１）＋ｄ（Ｉｄ）^＊ …（２）
なお、時間微分値は、次の（３）式で表される。
ｄ（Ｉｄ）^＊／ｄｔ …（３）

このようにして設定算出された弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊が、時間微分値設定部６２から加算部８６（図２参照）に供給され、加算部８６からｄ軸電流目標値ｉｄｔ（ｉｄｔ＝Ｉｄ^＊）が出力される。

図８は、時間微分値設定部６２により設定された弱め界磁電流指令値Ｉｄ^*の絶対値│Ｉｄ^*│の波形例を実線で示している。破線の波形は、ｄ軸電流設定部６１から出力されたｄ軸電流Ｉｄの波形を示している。なお、トルク電流であるｑ軸電流指令値ｉｑｃｏｍは、ｉｑｃｏｍ＝５０［Ａ］の一定値としている。

この図８例では、増加時の微少増分Ｄ１の値が、減少時の微少増分Ｄ２の値に比較して大きな値に設定されている。これにより波形の立ち上がり部が立ち下がり部に比較してより急に立ち上がっている。すなわち、立ち上がりの時間微分値が立ち下がりの時間微分値より大きな値に設定されている。

図８の時点ｔ１において、弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊が初期値０［Ａ］から指令値２０［Ａ］に立ち上がると、微少時間ｄｔ毎に微少増分Ｄ１ずつ大きくされ、初期値０[Ａ]から２０[Ａ]まで一定の時間微分値で立ち上がる。また、時点ｔ２において弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊が指令値２０［Ａ］（初期値と考えることもできる。）から初期値０［Ａ］（指令値と考えることもできる。）に立ち下がると、微少時間ｄｔ毎に微少増分−Ｄ２毎に小さくされ、指令値２０［Ａ］から初期値０［Ａ］まで立ち下がる。

図９Ａは、立ち上がり部及び立ち下がり部の時間微分値補正前の、ｄ軸電流設定部６１の出力であるｄ軸電流Ｉｄ（図８の点線で示すＩｄ）を弱め界磁電流指令値とした場合の比較例の、モータトルクＴｍｑ［Ｎ］の変化波形を示している。時点ｔ１及び時点ｔ２において、モータトルクＴｍｑ＝２．０［Ｎｍ］に対し、それぞれインパルス的なトルク変動が±０．６［Ｎｍ］発生していることが分かる。

これに対して、ｄ軸電流目標値ｉｄｔを、この実施例による立ち上がり立ち下がりの時間微分値補正後の時間微分値設定部６２の出力である弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊（図８の実線で示すＩｄ^＊）とした場合の図９Ｂに示すモータトルクＴｍｑ[Ｎｍ]の変化波形では、時点ｔ１の立ち上がり部において、トルク変動が０．６［Ｎｍ］から０．３［Ｎｍ］と半分に減少し、時点ｔ２の立ち下がり部においては、立ち上がり部よりも時間微分値が小さいことからトルク変動が０．６［Ｎｍ］から０．１［Ｎｍ］と１／６に減少していることが分かる。このように、弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊の立ち上がり部及び立ち下がり部における時間微分値｛ｄ（Ｉｄ）^＊／ｄｔ｝を一定（一定値）に制御することによりモータ３０の回転数Ｎｍの急変化を原因として発生する振動や異音を安定して低減することができ、快適な操舵フィーリングが得られる的確な制御を行うことができる。

上述したように、トルク変動の抑制効果は，弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊の時間微分値を小さくするほど、大きな効果が得られる。しかし、時間微分値を小さく設定すると、例えば、高速で操向ハンドル１２が急に操舵された場合等に、弱め界磁制御の効果（回転数の円滑な増加）が間に合わず、操舵操作が引っかかってしまう可能性があり、電動パワーステアリング装置１０における快適な操舵フィーリングが得られなくなってしまう場合がある。その結果、時間微分値は、弱め界磁電流の効果が間に合うように応答性を考慮すると、それほど小さな値には設定することができないという課題がある。

この課題を解決するために、図７、図８、及び図９Ｂを参照して説明したように、弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊の絶対値が増加する場合と、減少する場合とで、弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊の時間微分値に差をつけている。

立ち上がり部と立ち上がり部の時間微分値の差の的確な制御について、図１０の弱め界磁電流による変化するモータ出力特性を参照して説明する。

電動パワーステアリング装置１０において、操向ハンドル１２が急に操作されて操舵速度、換言すればモータ回転数Ｎｍが図１０中の動作点Ａから動作点Ｂの回転数に上がろうとする場合にはモータ３０に弱め界磁電流を流してモータ３０を高回転化する必要がある（特性２２０側から特性２２２側方向への変化）。次に、操舵速度が下がり、動作点Ｂから再び動作点Ａに戻る場合には、モータ３０に弱め界磁制御を施す必要がなくなるため、弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊（弱め界磁電流）は０[Ａ]に戻される（特性２２２側から特性２２０への変化）。このようなモータ３０の出力特性の変化を考慮すると、動作点Ａから動作点Ｂに変化する場合は、弱め界磁電流の効果が間に合うように応答性を高めるべく、弱め界磁電流の時間微分値を大きく設定する必要がある。その一方、動作点Ｂから動作点Ａに変化する場合は、弱め界磁制御を実施した状態でも動作点Ａでの駆動は可能であることから、直ちに弱め界磁電流を初期値である０［Ａ］に戻す必要はなく、弱め界磁電流の時間微分値を小さく設定することが可能になる。その結果、トルクの変動を効果的に抑制することができる。

電動パワーステアリング装置１０においては、運転者による操向ハンドル１２の操作を原因とする操舵トルクと操舵速度の変化により、弱め界磁電流指令値（ここでは、ｄ軸電流Ｉｄ）の増減が繰り返されて弱め界磁電流が安定しない場合がある。この場合に、増加時の時間微分値を大きく設定することにより、高速で急に操舵された場合に、振動や異音の発生を許容範囲に抑制しながら、弱め界磁制御の効果が間に合い、また、減少時の時間微分値を小さく設定することにより、弱め界磁電流を安定させて振動や異音を一層抑制することができる。

すなわち、図８に示したように、時点ｔ１での基準値０から弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊に到達するまでの立ち上がり区間での時間微分値（弱め界磁電流の時間変化率）を、時点ｔ２での弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊から基準値０に到達するまでの立ち下がり区間での時間微分値（弱め界磁電流の時間変化率）に比較して大きな値に設定することで、時点ｔ１における立ち上がり区間では、トルク変動を低減して異音や振動の発生を抑制しながら高速時に急に操舵された場合等における弱め界磁制御の効果の発生が間に合うようになり、時点ｔ２における立ち下がり区間では、時間微分値を小さな値に設定しているので、より一層トルク変動を低減して異音や振動の発生をより抑制することができる。

なお、上述した実施形態では、いわゆるベストモードとしての最適な実施形態を説明したが、以下に示すように、種々変更することができる。

運転者の操向ハンドル１２の操作による操舵入力に応じて操舵アシスト用のモータ３０を駆動制御する電動パワーステアリング装置１０であって、以下の技術的特徴［１］−［６］を有する。

［１］前記操舵入力の大きさを検出する操舵入力検出部としての操舵トルクセンサ３２（舵角センサ３４を含めて操舵入力検出部と考えてもよい。）と、操舵トルクセンサ３２の出力信号である操舵トルクＴｑに基づいて、モータ３０のトルク電流であるｑ軸電流指令値ｉｑｃｏｍを設定するトルク電流設定部としてのｑ軸目標電流設定部７０と、モータ３０の界磁を弱めるための、基準値（ｄ軸電流指令値ｉｄｃｏｍ＝０）からの弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊を設定する弱め界磁電流設定部としての時間微分値設定部６２と、前記ｑ軸目標電流設定部７０によって設定されたｑ軸電流指令値ｉｑｃｏｍ及び前記時間微分値設定部６２によって設定された弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊に基づきモータ３０を駆動制御するモータ駆動制御部としてのモータ駆動制御装置４２と、を備え、前記弱め界磁電流設定部としての時間微分値設定部６２は、前記基準値から弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊に到達するまでの少なくとも一部区間での時間微分値を一定とするように変更してもよい。

この技術的特徴［１］を有する電動パワーステアリング装置１０によれば、前記基準値から弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊に到達するまでの少なくとも一部区間での時間微分値を一定とするように設定制御しているので、弱め界磁電流指令値Ｉｄの急変（図８参照）による異音や振動の発生が許容範囲となる立ち上がり、立下り時間が設定でき、且つ常に条件に合致する的確な立ち上がり、立下り時間を取れるので、特許文献１のように、状況によって立ち上がり時間が遅くなったり早くなったりすることがない。例えば、無駄に立ち上がり時間が遅くなることがない。よって、弱め界磁電流指令値Ｉｄの急変による異音や振動の発生が許容範囲となる最適な弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊の変化率の制御、すなわち的確な弱め界磁電流指令値の時間微分値の制御ができる。

［２］上記の弱め界磁電流設定部としての時間微分値設定部６２は、弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊の絶対値が増加する場合と減少する場合で、弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊の時間微分値に差を設けたことを特徴とする。

差を設けたので、例えば、スポーツ車、乗用車、商用車等の車種の違い、あるいは省エネ性等の用途の違いによって、弱め界磁電流の時間微分値の使い分けができる。

例えば、弱め界磁制御が不要な状況であるｄ軸電流指令値である弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊の絶対値が減少するときの時間微分値を、増加するときの時間微分値より大きくすることで、早急に弱め界磁電流を小さくすることができ、無駄に弱め界磁電流を流さないで済むこととなる。すなわち、無駄な電力消費を早急に解消することができる。

［３］上記の技術的特徴［２］を有する電動パワーステアリング装置１０において、弱め界磁電流設定部としての時間微分値設定部６２は、弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊の絶対値が増加する場合の時間微分値に対して、弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊の絶対値が減少する場合の時間微分値を小さく設定したことを特徴とする。

この技術的特徴［３］は、上述したベストモードに対応しており、この場合には、立ち上がりを早く制御でき、早急に目標の弱め界磁電流になるので、処理の遅れがない。且つ、立ち下がりは早急に目標の弱め界磁電流にする必要がないので、より異音や振動を低減できる遅い立ち上がり時間を設定できる。

［４］弱め界磁電流設定部としての時間微分値設定部６２は、前記基準値から弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊に到達するまでの立ち上がりの全区間で前記時間微分値を第１の一定値｛例えば、上述したｄ（Ｉｄ）^＊／ｄｔ＝Ｄ１／ｄｔ｝にする（図１１Ａも参照）とともに、弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊から前記基準値に戻るまでの立ち下がりの全区間で前記時間微分値を前記第１の一定値と同値｛ｄ（Ｉｄ）^＊／ｄｔ＝−Ｄ１／ｄｔ｝又は第２の一定値｛ｄ（Ｉｄ）^＊／ｄｔ＝−Ｄ２／ｄｔ｝にすることを特徴とする（Ｄ１＞Ｄ２又はＤ１＜Ｄ２のいずれでも一定の効果が達成される。）。

すなわち、立ち上がり立ち下がりの全区間で一定とすることで時間微分値の制御が簡単になり、立ち上がり立ち下がりの各全区間でそれぞれ異なる一定値に制御することで、トルク変動による異音や振動を抑制することができ、電動パワーステアリングの軽快な操舵フィーリングを実現できる。

次に、図１１Ａ〜図１１Ｄを参照して、他の変形例の技術的特徴について説明する。図１１Ａは、弱め界磁電流指令値Ｉｄの立ち上がりの時間微分値ｄ（Ｉｄ）^＊／ｄｔを一定とした場合の波形を示している。

［５］上記の技術的特徴［１］を有する電動パワーステアリング装置１０において、図１１Ｂに示すように、前記弱め界磁電流設定部としての時間微分値設定部６２は、前記基準値０から弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊に到達するまでの少なくとも一部区間で時間微分値を一定｛ｄ（Ｉｄ）^＊／ｄｔ＝一定｝にする際、弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊の絶対値が前記基準値０から増加する場合の時間微分値を徐々に（滑らかに）増加させ前記一部区間で前記一定の時間微分値としてもよい。

立ち上がりの開始時、又は立ち下がりの開始時において、時間微分値の変化を滑らかにすることができるので、モータトルクに発生するインパルス的な変動の振幅を小さくできる。

［６］上記の技術的特徴［１］を有する電動パワーステアリング装置１０において、図１１Ｃに示すように、前記弱め界磁電流設定部としての時間微分値設定部６２は、弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊の絶対値の増加中に、弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊に到達するまでの少なくとも一部区間で時間微分値を一定とした後、前記時間微分値を徐々に（滑らかに）減少させ前記弱め界磁電流指令値としてもよい。

立ち上がりの終了時、又は立ち下がりの終了時において、時間微分値の変化を滑らかにすることができるので、同様に、モータトルクに発生するインパルス的な変動の振幅を小さくできる。

なお、図１１Ｄに示すように、上記の技術的特徴［５］及び［６］を同時に実施してもよい。

時間微分値の変化を滑らかにする範囲は、基準値から弱め界磁電流指令値Ｉｄ^＊までの全体振幅の立ち上がりと立ち下がりの開始部及び終了部で、例えば、それぞれ、５[％]〜２０［％］程度、したがって、前記の時間微分値が一定の一部区間は、安定な制御を行うために、立ち上がり及び立ち下がりのそれぞれ９５［％］（例えば、立ち上がりの開始部のみ全振幅の５［％］程度、時間微分値の変化が滑らかにされている場合に相当する。）〜６０［％］（例えば、立ち上がりの開始部及び終了部の時間微分値の変化が、それぞれ全振幅の２０［％］程度、滑らかにされている場合に相当する。）に選択することが好ましい。

なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採りうることができる。

１０…電動パワーステアリング装置 １２…操向ハンドル
１４…ステアリング軸 １６…ピニオン
１８…ラック ２０…ラック軸
２２…ラック・ピニオン機構 ２４…タイロッド
２６…前輪 ２８…動力伝達機構
３０…モータ ３２…操舵トルクセンサ
３４…舵角センサ ３６…車速センサ
３８…回転角センサ ４０…制御装置
４２…モータ駆動制御装置 ５０…モータ制御システム
５６…モータ電流センサ ５８…ｄｑ変換部
６０…バッテリ ６１…ｄ軸電流設定部
６２…時間微分値設定部 ６７…指令トルク算出部
６８…目標電流設定部 ７０…ｑ軸目標電流設定部
７２…ｄ軸目標電流設定部 ９０…ｄｑ逆変換部
１１２…ｑ軸指令電圧対応処理部 １１４…ｑ軸実電流対応処理部
１１６…モータ回転速度対応処理部 １１８…相乗積演算部
１２２…ｑ軸実電流対応マップ １２４…ｑ軸指令電圧対応マップ
１２６…モータ回転速度対応マップ ２０４…偏差時間微分値変換部
２１２…微少増分付与マップ

Claims (5)

1. 運転者の操舵入力に応じて操舵アシスト用のモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置であって、
   前記操舵入力の大きさを検出する操舵入力検出部と、
   前記操舵入力検出部からの信号に基づいて、前記モータのトルク電流指令値を設定するトルク電流設定部と、
   前記モータの界磁を弱めるための、基準値からの弱め界磁電流指令値を設定する弱め界磁電流設定部と、
   前記トルク電流設定部によって設定されたトルク電流指令値及び前記弱め界磁電流設定部によって設定された弱め界磁電流指令値に基づき前記モータを駆動制御するモータ駆動制御部と、を備え、
   前記弱め界磁電流設定部は、
   前記基準値から前記弱め界磁電流指令値に到達するまでの少なくとも一部区間での時間微分値を一定にすると共に、前記弱め界磁電流指令値の絶対値が増加する場合と減少する場合で、前記弱め界磁電流指令値の時間微分値に差を設けた
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記弱め界磁電流設定部は、
   前記弱め界磁電流指令値の絶対値が増加する場合の時間微分値に対して、前記弱め界磁電流指令値の絶対値が減少する場合の時間微分値を小さく設定した
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記弱め界磁電流設定部は、前記基準値から前記弱め界磁電流指令値に到達するまでの立ち上がりの全区間で前記時間微分値を第１の一定値にするとともに、前記弱め界磁電流指令値から前記基準値に戻るまでの立ち下がりの全区間で前記時間微分値を第２の一定値にする
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記弱め界磁電流設定部は、前記基準値から前記弱め界磁電流指令値に到達するまでの少なくとも一部区間で時間微分値を一定にする際、前記弱め界磁電流指令値の絶対値が前記基準値から増加する場合の時間微分値を徐々に増加させ前記一部区間で前記一定の時間微分値にした
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
5. 請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記弱め界磁電流設定部は、前記弱め界磁電流指令値の絶対値の増加中に、前記弱め界磁電流指令値に到達するまでの少なくとも一部区間で時間微分値を一定とした後、前記時間微分値を徐々に減少させ前記弱め界磁電流指令値にした
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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